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RNA结构决定着细胞中的相分离特异性

作者:文章来源:国际发布时间:2018-4-18 10:09:23

生物学中长期存在的一个谜团是在一个细胞中碰撞的数百万个分子如何找到彼此并组装成一种功能性的结构。因此,当2008年美国伍兹霍尔海洋生物学实验室(Marine Biological Laboratory, MBL)生理学课程的参与者意识到简单的相分离(phase separation---如从水中分离油---可能是在细胞内部创造秩序的一种重要方式时,这是一个巨大的惊喜。

虽然这个想法不是没有争议,但它已完全征服了细胞生物学界。在过去的十年里,科学家们在从细菌到人类的许多细胞类型中观察到蛋白和RNA分子凝聚成液滴(droplet)或者说无膜凝聚物(membrane-free condensate)。他们还指出在健康细胞中形成液滴的相同蛋白能够在神经退行性疾病等疾病情形下发生固化(solidfy。但是,是什么让相同液滴中的某些分子聚集在一起,并将其他分子排除在外,却一直没有得到解释。

在一项新的研究中,美国研究人员首次证实鉴于RNA分子呈现出特定的三维形状,它们识别彼此而凝聚成相同的液滴。相关研究结果于2018412日在线发表在Science期刊上,论文标题为“mRNA structure determines specificity of a polyQ-driven phase separation”。论文通信作者为北卡罗来纳大学教堂山分校的Amy S. Gladfelter。论文第一作者为北卡罗来纳大学教堂山分校的Erin M. Langdon

通过研究真菌细胞,GladfelterLangdon及其同事们证实如果RNA分子的三维结构允许它们通过互补性的碱基配对结合在一起,那么这些RNA分子最终凝聚成相同的液滴。

Gladfelter说,如果RNA的二级(3D)结构屏蔽了任何互补性碱基配对,那么这些RNA分子最终凝聚成不同的液滴。对凝聚成相同液滴的RNA分子而言,它们的互补序列真正地暴露出来,因此它们能够找到彼此,进行碱基配对,从而发生一种高阶的相互作用。

这一发现是比较重要的,这是因为它揭示了形成这些RNA-蛋白凝聚物的一种选择性机制--- 科学家们在细胞中随处都可观察到这种机制,但是它的功能仍然是不清楚的。通过将特定分子凝聚在一起,这些凝聚物可能起着坩埚(crucible的作用来增强生物反应。或者它们可能将细胞中的一种特定生物过程不需要的分子隔离开来。

Gladfelter之前在真菌中已证实为了让两种不同的生物过程发生,细胞进行液-液相分离(liquid-liquid phase separation)是至关重要的,但是仍然需要更多关于它在细胞功能中真正起着重要作用的例子来证实。

也有迹象表明这些液体凝聚物转变为固体状态可能是阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿舞蹈病、肌萎缩性侧索硬化症(ALS)和朊病毒病等蛋白聚集疾病中的一个风险因素。当前的这些发现有助我们理解如何将正确的组分招募到液滴中,从而使得细胞能够潜在地避免过渡到一种异常的固态(solid state)。

 

文章来源:生物谷

原文链接:

http://science.sciencemag.org/content/early/2018/04/13/science.aar7432


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